Введение к работе
Актуальность темы исследования. Современная телеметрия затрагивает рассмотрение таких вопросов как формирование, передача, прием, регистрация, обработка и анализ радиосигналов, полученных от удаленных объектов. Одной из сфер применения средств телеметрии является ракетно-космическая техника (РКТ). Радиосигналы телеметрической информации (ТМИ), сформированные аппаратурой, установленной на борту объекта, используются для анализа состояния изделий РКТ на всех этапах жизненного цикла, включая летные испытаний. Целью летных испытаний является подтверждение заявленных тактико-технических характеристик изделий РКТ, а также определение степени готовности для организации серийного производства. При передаче радиосигналов ТМИ от бортовой аппаратуры изделия РКТ к антеннам приемных станций (ПС), в канале передачи информации присутствуют различные мешающие факторы в виде помех и шумов естественного и искусственного происхождения, влияние которых может привести к искажению принятых радиосигналов ТМИ. Отсюда, для достоверной оценки состояния изделий РКТ в процессе летных испытаний особую актуальность приобретает разработка и обоснование алгоритмов обработки принятых радиосигналов ТМИ с целью повышения качества и объема информации.
Степень разработанности темы исследования. Повысить качество при
нятой ТМИ возможно посредствам использования устройств приема и обработ
ки радиосигналов от изделий РКТ, разработанных с учетом результатов синтеза
телеметрических радиосигналов, наличия сведений о виде модуляции, моделей
мешающих факторов в частности, и каналов передачи информации в общем.
Кроме того, повышение показателей качества принятой ТМИ может достигать
ся за счет применения различных видов помехоустойчивого кодирования к ра
диосигналам на передающей стороне с соответствующим снижением кодовой
скорости. Значительный вклад в развитие данных вопросов внесли такие отече
ственные ученые как М.И. Тепляков, А.П. Мановцев, Р.Р. Васильев,
Е.С. Губенко, Е.Я. Богуславский, М.С. Рязанский, Б.Е. Черток,
В.А. Котельников, И.С. Гоноровский, Д.Д. Кловский, Л.С. Гуткин,
И.Н. Амиантов, И.А. Большаков и др., а также ряд зарубежных ученых, среди которых К. Шеннон, А. Витерби, С. Голдман, Е. Зайдлер, Г. Ван Трис и др.
В известных работах рассмотрены основные методы борьбы с помехами в каналах передачи информации, а также подходы к построению систем передачи информации. В качестве моделей радиосигналов анализировались в основном радиосигналы с релеевскими флуктуациями амплитуд. При этом в канале передачи радиосигнал подвергался воздействию аддитивного белого гауссовского шума (АБГШ). Результирующий радиосигнал поступал на антенну ПС. Повышение качества принятого радиосигнала осуществлялось за счет построения оптимальных алгоритмов обработки на фоне данного вида помех. Рассмотрены основные подходы к организации помехоустойчивых радиотелеметрических систем передачи информации. Предложенные алгоритмы выделения радиосигнала на фоне помех показали свою эффективность в соответствующих услови-
ях. Однако, в известных работах рассмотрены, в основном, случаи одноканаль-ных систем, для которых прием информации от объекта осуществлялся только одной антенной ПС. Таким образом, применение предложенных алгоритмов обработки радиосигналов на фоне помех в целях повышения качества имеет ряд особенностей, определяющихся в основном конечной зоной радиовидимости антенн ПС. В ряде работ рассмотрены вопросы организации многоканального приема радиосигналов с учетом наличия в канале передачи информации АБГШ. Однако эти алгоритмы выделения радиосигнала на фоне шума разработаны при условии присутствия в единицу времени радиосигнала в зоне радиовидимости только одной антенны ПС.
Исходя из вышеизложенного, актуальным представляется рассмотрение вопросов разработки статистической модели радиосигналов ТМИ изделий РКТ с учетом взаимных связей территориально-распределенных ПС и построения многоканальных систем, осуществляющих одновременный прием и обработку радиосигналов ТМИ с целью повышения качества и объема достоверной информации о состоянии изделий РКТ.
Цели и задачи. Основной целью диссертационной работы является повышение качества результатов обработки радиосигналов ТМИ, одновременно принятых на территориально-распределенные ПС в процессе проведения летных испытаний изделий РКТ для увеличения объема достоверной информации о состоянии объектов на протяжении трассы полета.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Провести анализ одновременно принятых радиосигналов ТМИ, полученных по результатам проведения летных испытаний изделий РКТ с целью разработки статистической модели радиосигналов системы передачи ТМИ от территориально-распределенных ПС.
-
Разработать и обосновать статистическую модель одновременно принятых радиосигналов системы передачи ТМИ изделий РКТ от территориально-распределенных ПС.
-
Разработать и обосновать, а также провести анализ и сравнение алгоритмов совместной обработки радиосигналов ТМИ одновременно принятых от территориально-распределенных ПС.
-
Рассмотреть практические аспекты использования алгоритмов совместной обработки радиосигналов ТМИ одновременно принятых от территориаль-но-распределенных ПС.
-
Разработать процедуру монтажа единого носителя (МЕН) ТМИ от тер-риториально-распределенных ПС.
Научная новизна. В рамках диссертационной работы были получены следующие новые научные результаты:
1 Обоснована статистическая модель радиосигналов системы передачи ТМИ, одновременно принятых от территориально-распределенных ПС, построенная с учетом анализа натурной информации, полученной по результатам серии летных испытаний изделий РКТ в виде двухкомпонентного гамма-
распределения. Доказано соответствие предложенной модели экспериментальных данным с применением критериев согласия.
-
Показана целесообразность использования алгоритма совместной обработки радиосигналов ТМИ, одновременно принятых от территориально-распределенных ПС при принятии решений на выходе отдельных каналов регистрации.
-
Предложен алгоритм выделения кадра из потока зарегистрированной ТМИ от территориально-распределенных ПС, обеспечивающий существенное увеличение объема информации для дальнейшей обработки.
-
Обоснован алгоритм взаимной привязки файлов ТМИ от территориально-распределенных ПС, обеспечивающий определение блоков ТМИ, содержащих идентичную информацию.
-
Предложена процедура монтажа единого носителя (МЕН) ТМИ от территориально-распределенных ПС, обеспечивающая увеличение объема достоверной информации для оценки состояния изделий РКТ. Проанализированы и обоснованы этапы процедуры.
Теоретическая и практическая значимость работы. Предложенные в диссертационной работе алгоритмы совместной обработки радиосигналов ТМИ, одновременно принятых от территориально-распределенных ПС, могут быть использованы при построении многоканальных распределенных систем передачи, приема и обработки информации в целях увеличения качества и объема результатов обработки.
Результаты диссертационной работы были использованы в разработках филиала АО «РКЦ «Прогресс» - ОКБ «Спектр» г. Рязань (в комплексе АКОТ «Лагуна» и системе АЭС ТМИ), а также в учебном процессе ФГБОУ ВО «Рязанский государственный радиотехнический университет» г. Рязань, что подтверждается соответствующими актами внедрения.
Получены заключения Межрегионального совета по науке и технологиям о признании результатов, содержащихся в печатных работах в качестве основы для подготовки и последующей защиты диссертации на соискание ученой степени кандидата наук, что подтверждается соответствующими заключениями.
Методология и методы исследования. В работе использовались методы статистической радиотехники, математической статистики, вычислительной математики. Теоретические методы применялись в совокупности с экспериментальными исследованиями по приему и регистрации радиосигналов ТМИ.
Положения, выносимые на защиту:
-
Статистическая модель реальных радиосигналов системы передачи ТМИ изделий РКТ одновременно принятых от территориально-распределенных ПС в виде двухкомпонентного гамма-распределения, обоснованная по критериям согласия А.В. Колмогорова и х для уровня значимости а = 0,01.
-
Реализуемый алгоритм совместной обработки радиосигналов ТМИ, одновременно принятых от территориально-распределенных ПС при принятии решений на выходе отдельных каналов регистрации, позволяющий обеспечить достижение на протяжении трассы полета изделия РКТ средней вероятности
правильного обнаружения радиосигнала ТМИ Pо = 0,956 для вероятности ложной тревоги Pлт = 10~ , при снижении значения средней вероятности правильного обнаружения на А = 0,5 % относительно алгоритма совместной частотной
обработки некогерентных радиосигналов ТМИ.
3 Процедура монтажа единого носителя ТМИ от территориально-распределенных ПС на основе реализации алгоритма совместной обработки радиосигналов ТМИ, одновременно принятых от территориально-распределенных ПС при принятии решений на выходе отдельных каналов регистрации, обеспечивающая увеличение объема достоверной информации для оценки состояния изделий РКТ в среднем на 33,8 % (с 51,6 % до 85,4 %).
Степень достоверности и апробации результатов. Достоверность результатов диссертационной работы обосновывается посредствам сравнения с известными положениями теории обнаружения радиосигналов, а также посредствам анализа результатов обработки натурной ТМИ, полученной по результатам серии летных испытаний изделий РКТ с применением предложенных алгоритмов.
Результаты исследований, приведенные в диссертационной работе, докладывались на следующих конференциях:
XVIII, XIX, XX, XXI, XXII ВНТК «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании», Рязань, 2013-2017; XI,XII ВК «Новые технологии», Миасс, 2014, 2015; XXXXIV ВС «Механика и процессы управления», Миасс, 2014.; XXXIV, XXXVII ВК «Наука и технологии», Миасс, 2015, 2017; V ВНТК с международным участием «Актуальные проблемы ракетно-космической техники «V Козловские чтения», Самара, 2017; 7-я МНТК «К.Э. Циолковский - 160 лет со дня рождения. Космонавтика, Радиоэлектроника. Геоинформатика», Рязань, 2017; МНТФ «Современные технологии в науке и образовании СТНО-2018», Рязань, 2018.
Личный вклад автора. Личный вклад автора состоит в проведении анализа радиосигналов натурной ТМИ с целью построения статистической модели радиосигналов системы передачи ТМИ одновременно принятых от территори-ально-распределенных ПС, обосновании алгоритмов совместной обработки радиосигналов ТМИ, реализации алгоритма совместной обработки радиосигналов ТМИ одновременно принятых от территориально-распределенных ПС при принятии решений на выходе отдельных каналов регистрации в процедуре МЕН ТМИ, внедрении процедуры МЕН ТМИ в комплекс АКОТ «Лагуна» и систему АЭС ТМИ, что подтверждено соответствующим актом.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ: 3 статьи в научно-технических журналах, рекомендованных ВАК РФ, 2 статьи в сборниках докладов Международных конференций, 1 статья в сборнике трудов Международного форума, 1 статья в сборнике трудов Всероссийского симпозиума, 4 статьи в сборниках трудов Всероссийских конференций, 6 тезисов в сборниках докладов Всероссийских конференций, 2 статьи в межвузовских сборниках научных трудов.
Структура диссертационной работы. Диссертационная работа содержит три главы, введение, заключение, список сокращений и условных обозначений, список литературы из 101 наименования и два приложения. Общий объем работы составляет 200 страниц, в том числе 149 страниц основного текста, 39 рисунков и 11 таблиц.